CT扫描在个体化定制腕舟骨假体中的初步应用

目的 螺旋CT扫描获取腕舟骨表面轮廓信息,为快速成型技术的个体化人工腕舟骨假体研究奠定基础.方法 采用螺旋CT对健康成年人双侧腕关节进行厚0.625mm扫描,荻取腕关节DICOM格式文件,导入MIMICS 10.0软件进行腕舟骨三维重建.结果 实现了CT图像信息的矢量转换,获得了腕舟骨三维实模型.结论 由螺旋CT数据进行腕舟骨外形轮廓的矢量化重建,可获得精确的腕舟骨三维实体模型,为腕舟骨假体计算机辅助设计和快速成型制造提理论依据;对医学图像信息的矢量转换简便易行,在骨科生物制造领域有较好的应用前景.     

计算机辅助设计在膝关节形态学研究中的应用

目的：通过计算机辅助设计技术对膝关节几何形态进行相关研究，探讨此方法对膝关节假体设计的指导意义。方法：利用计算机辅助设计技术对6例尸体膝关节CT扫描后所输出的数据进行三维重建，并对重建后膝关节几何模型及解剖后膝关节实体相关参数分别测量，进行对比和分析研究，了解三维重建后的误差，分析误差原因。结果：膝关节三维重建后测量的参数较手工测量偏小，其中半径参数平均误差在1．33—2．64mm之间，长度线性参数平均误差在0．73～1．31mm之间。结论：计算机辅助设计技术为膝关节复杂表面几何大体形态学研究提供一种良好的手段。     

定制型股骨近段假体的骨水泥三维有限元模型研究

目的 建立股骨近段大段骨缺损及定制型股骨近段假体的三维有限元模型,分析不同柄长的股骨近段假体柄植入髓内后对股骨-骨水泥的应力分布的影响.方法 通过CT扫描数据建立股骨近段130 mm骨缺损不同髓内柄长度(140 mm、120 mm、100 mm、80 mm、60 mm)的定制型假体的三维有限元模型.模拟下肢单足行走进行负荷加载,分析股骨-骨水泥的应力分布.结果 骨水泥应力由近端向远端逐渐增加,在假体柄末端附近达到最大值.当髓内柄长度为140 mm时,骨水泥层内、外侧最大应力值分别为2.5 MPa和5.5 MPa,均小于骨水泥自身强度,可以有效避免因高应力而导致骨水泥的碎裂.结论 股骨近段假体髓内柄要有足够长度,以减少骨水泥所受应力,防止因骨水泥碎裂而出现假体松动.对于股骨近段130 mm的骨质缺损,采用髓内柄长为140 mm骨水泥型股骨近段人工假体重建能够有效减少骨水泥层压力,从而避免因骨水泥发生疲劳碎裂而导致假体松动的危险.     

定制肿瘤人工髋关节假体断裂三维有限元分析及套接式翻修假体的初步应用

目的分析断裂的定制肿瘤人工髋关节股骨假体生物力学特性，对其设计进行优化。同时探讨自行设计的套接式翻修假体的应用价值。方法将患者股骨的CT扫描图像用Mimics软件进行处理后连同假体的尺寸导入UG2.0软件造模。后模拟手术将假体、股骨装配，导入到三维有限元软件ABAQUS6.5中进行力学加载分析。针对无松动定制肿瘤人工髋关节的髓外部分发生意外断裂进行翻修而设计了一种套接式翻修假体，并初步应用。结果定制肿瘤人工髋关节假体的股骨颈与髓外柄连接部、髓内柄与髓外柄连接部、髓内柄的内外侧1/3部出现了应力集中，而髓外柄应力均较低。对本例患者进行了19个月的随访，Enneking评分翻修术前为1分，术后为26分。最近一次随访为25分。结论定制肿瘤人工髋关节假体需要在应力集中部位，如假体的尺寸、外形、材料等方面得到加强。套接式翻修假体在其适用范围内有较高的应用价值，近期效果良好，但需进一步随访。     

生物工程活性骨的三维建模

目的：探讨一种由螺旋CT图像反求（reverse engineering,RE）人体骨骼表面轮廓的方法,为生物工程活性骨个体化制造三维建模。方法：采用马可尼公司PQ6000螺旋CT对小型猪股骨髁部进行层厚1mm,螺距1．0扫描,以CT机的Voxel Q图像工作站进行初期三维容积重建,之后对重 建数据间隔0．2mm下载二维断层图像。自行开发数据格式转换软件,对下载图像进行滤波、去噪等处理,求出断面图像的二维边缘轮廓矢量化数据线图,将线图输入美国Imageware公司Surfacer9.0图像处理软件,对轮廓曲线进行矢量叠加,进行股骨髁矢量化三维重建。结果：获得了股骨髁表面轮廓三维实体模型,模型与实物高度相似,可编辑性强,可进行生物工程活性骨的计算机辅助设计、制造。结论：由螺旋CT数据进行骨骼外形轮廓的矢量化重建可以获得精确的三维实体模型,为人工生物活性骨制造打下了基础;本方法简单、快捷,重建模型与实物高度相似,在骨科、口腔颌面外科假体个体化制造领域亦有良好的应用前景。     

原位微波消融与人工假体置换治疗股骨远端恶性肿瘤的三维有限元分析

目的：探讨股骨远端肿瘤型骨缺损,假体与残骨不同比例的生物力学研究。方法：1例股骨远端患者,术前行64排双源螺旋CT扫描,进行三维重建,建立股骨远端40％、50％、60％骨缺损的复合假体三维有限元模型,分析股骨及假体模型应力分布。结果：肿瘤假体置换40％骨缺损应力分布比较均匀,应力主要集中在假体柄中下段,40％、50％截骨与60％截骨有统计学差异（P〈0．05）。40％骨缺损与50％骨缺损没有统计学差异（P〉0．05）。结论：股骨截骨长度与假体柄长度之比接近1时较为适宜,出现假体松动、断裂的可能性较小。     

计算机虚拟隆鼻手术系统的研发应用

目的研发可用于隆鼻手术术前设计、手术模拟及假体制作的计算机三维模拟软件系统。方法提取20例单纯隆鼻术求美者手术前后的头部螺旋CT数据。应用DICOM格式数据进行三维重建和图像分割,分析手术前后面部轮廓的变形情况,建立数学模型。应用三维数字建模方法和软组织虚拟变形技术,开发计算机三维虚拟隆鼻手术系统。使用此系统预设隆鼻效果、模拟隆鼻手术,并将获取的植入体参数用于假体模型的制作,应用于实际的临床手术。结果建立了鼻假体与鼻外形改变之间关系的数学模型,经过20例隆鼻实例数据的校验,证明具有很高的精度。结论本课题组研发的Pureplastic虚拟整形系统,能够完成隆鼻手术的术前设计及术后效果模拟,并提供植入体参数用于假体制作,证实了计算机技术辅助隆鼻术的可行性。     

3D打印技术在复杂肿瘤膝关节股骨假体周围骨折翻修术中的应用

目的：采用计算机三维重建技术对1例复杂的肿瘤膝关节股骨假体周围骨折患者进行术前设计和手术模拟,为解决肿瘤膝关节置换术后股骨假体周围骨折的问题探索出一条更为精准可行的方案。方法：选择1例32岁被诊断为肿瘤膝关节股骨假体周围骨折的女性患者为研究对象,将患者双侧下肢骨骼和假体分别进行三维重建。测量患侧骨折位置的长度、残余股骨长度、股骨假体近端顶点的位置、组配式假体各个部分及患侧股骨髓腔在各个位置的直径等重要参数。根据参数在原有假体基础上进行股骨柄和钉道的特殊设计,与患侧股骨进行计算机模拟组装,无误后按照三维文件找原厂家进行假体股骨柄组件及导向器的定制。采用SLA光固化树脂打印机打印剖开的患侧股骨的树脂模型,与定制的组件和导航器一并在患侧进行假体模拟植入,匹配成功后进行常规手术,术中取出骨水泥,按照术前设定的步骤进行股骨柄翻修,术中骨折缺损处采用同种异体骨板进行修补。观察患者手术前后X线、患者术中病理检测结果、术后康复功能和康复功能评分。结果：术前经计算机匹配成功,模型与假体模拟组装成功,导向器重新定制,术中成功按照术前设计实施手术。术后病理回报结果符合预判。X线对位、对线良好。术后1个月患者恢复正常行走和下蹲功能,患者MSTS93评分从术前0分提高到术后1个月14分。结论：对于复杂的肿瘤膝关节假体周围骨折,术前可以采用计算机三维重建进行手术设计和模拟,3D打印技术打印模型与假体进行手术模拟匹配,从而保证最佳的手术效果。     

可视化虚拟手术在全髋关节表面置换中的应用

目的 通过探索虚拟现实技术来寻找一种实行全髋关节表面置换可视化虚拟手术的方法,发掘可视化虚拟手术对金属对金属全髋表面置换(metal on metal hip resurfacing arthroplasty,MOM-HRA)的临床指导作用.方法 根据Zimmer公司提供Durom全髋表面置换假体,通过激光扫面在Geomegic软件中建立假体库,采集髋关节64排螺旋CT的原始扫描数据,并在mimics进行三维重建,重建的3 d模型进行分割,并在3 ds max软件系统上进行虚拟手术,明确假体选择的大小及假体放置的最佳位置.结果 采用激光扫描及Geomegic软件能建立与实体匹配的假体库, mimics医学图像处理软件对髋关节CT扫描的Dicom格式数据进行三维重建图像,结构清晰,可真实再现髋臼和股骨近端的结构.利用3 ds max软件系统可以有助于术前进行模拟全髋关节表面置换的可视化仿真手术.结论 可利用计算机虚拟现实技术制定出最佳的手术方案,对全髋关节表面置换的术前病变结构区域评估、术中股骨颈中心定位、优化假体放置及临床教学等方面都有很大的应用价值.     

螺旋CT三维重建对髋臼骨折和髋关节脱位的临床应用

目的:探讨螺旋CT三维成像技术对髋臼骨折和髋关节脱位的临床应用价值。方法:用螺旋CT对37例髋臼骨折患者行薄层(2～3mm)螺旋扫描。利用工作站软件进行三维重建。结果:螺旋CT三维重建能立体、多角度准确显示髋臼骨折和髋关节脱位的部位、类型、程度,对于外科制定治疗计划有重要的指导作用。结论:螺旋CT三维重建对髋臼骨折和髋关节脱位的诊断具有重要的应用价值。     

快速成型技术辅助颜面萎缩衬垫物设计

目的：探讨应用计算机辅助设计和快速成型技术(rapid prototyping，RP)制造用于矫正半侧颜面萎缩等凹陷畸形的衬垫物的可能性．方法：患行螺旋cT扫描，利用工作站，进行扫描图像的容积三维重建后，重新间隔分层，利用CuteVFP4．0软件以BMP格式下载．应用课题组自主开发的CT图像处理软件对已下载的二维图像进行过滤、筛减、降噪、校正失真等处理，对图像的边缘轮廓进行提取，得到面颅骨皮质骨边缘轮廓的矢量化线图，将该线图数据输入Surfacer9．0重建软件，对轮廓曲线进行矢量叠加，从而得到面颅骨的三维三角形面片(triangular facets)线框模型及实体模型。将健侧面颅骨的点云数据按镜像关系对称变换到患侧，这样在患侧骨和健侧镜像之间就形成了充填物的三维模型，为补偿软组织的萎缩，将其外表面点云数据外移1．5mm，对CAD后的三维Surfacer数据重新分层，在RpDataRepare中完成充填物的轮廓编辑和成型的支撑设置，形成RP项目件，输出快速原型所需的加工件．par，制造出衬垫物模板，作为实施手术过程中的参照．结果：获得了患颅面骨表面轮廓的三维实体模型，并由计算机辅助设计，快速成型制造出衬垫物模板，并以此为参照完成手术，效果满意。结论：应用快速成型技术可以完成半侧颜面萎缩等凹陷畸形的衬垫物的制造，精度高，快捷，在颅颌面外科假体的个体化制造方面有良好的应用前景。     

建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型

目的 针对数字化虚拟中国男性一号的膝关节断面切片图像，建立可供有限元结构仿真分析的膝关节三维模型。方法 将中国数字化虚拟人体男性一号膝关节部位的薄层切片数码图像输入PC机，经过分割、配准等处理后，利用三维重建软件Mimics建立三维图像，然后通过自由造型系统进行表面光滑处理，再对表面图像矢量化，存储为有限元仿真分析可以接受的格式。结果 建立了人体膝关节的三维计算机模型，并转换为IGES格式，可以提供膝关节的有限元生物力学仿真分析。结论 利用Mirnics重建后的三维计算机模型，可经自由造型系统FreeForm plus转换后应用于有限元仿真分析。     

建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型

目的针对数字化虚拟中国男性一号的膝关节断面切片图像,建立可供有限元结构仿真分析的膝关节三维模型。方法将中国数字化虚拟人体男性一号膝关节部位的薄层切片数码图像输入PC机,经过分割、配准等处理后,利用三维重建软件Mimics建立三维图像,然后通过自由造型系统进行表面光滑处理,再对表面图像矢量化,存储为有限元仿真分析可以接受的格式。结果建立了人体膝关节的三维计算机模型,并转换为IGES格式,可以提供膝关节的有限元生物力学仿真分析。结论利用Mimics重建后的三维计算机模型,可经自由造型系统FreeForm plus转换后应用于有限元仿真分析。     

个体定制化人工半膝关节的快速设计制造与临床试用

[目的]建立以计算机辅助设计（CAD）和快速成型（RP）技术为核心的人工半膝关节个体定制化设计方案和快速制造方法，通过临床试用探讨半膝关节置换术的应用和假体设计制造技术。[方法]以患者CT扫描和三维重建等临床影像学资料为数据源，利用图像处理技术获取关节形状的数据，采用NURBS算法在Surface软件下重构出关节曲面，在计算机上完成半膝关节假体及其辅助装置的三维设计。采用RP技术制作出原型并通过精密铸造等手段完成实体制造。将假体与大段异体骨移植联合应用，对1例股骨下段肿瘤患者进行了肿瘤切除、人工膝关节置换术。[结果]全部设计和制造过程可在1周内完成。计算机分析表明，所设计的关节面CAD模型与原始数据的最大误差〈1mm，在屈、伸、旋转等状态下与胫骨关节面匹配良好，应力分布均匀。通过RP和精密铸造技术制作的假体及其辅助装置符合设计要求，可与大段异体骨装配。植入患膝后假体位置准确，能够实现与对侧胫骨关节面的良好匹配，关节间隙正常。术后患者无不良反应，可早期功能锻炼。随访1年，患者膝关节功能恢复满意，未见关节脱位、慢性疼痛等。[结论]通过CAD和RP技术制造的定制化半膝关节在特定病例中具有一定的临床实用价值。     

3D打印技术在下颌骨肿瘤中的应用

目的探讨3D打印技术在下颌骨肿瘤的应用。方法 8例下颌骨肿瘤患者,术前行64排螺旋CT扫描和MRI3.0T扫描,进行三维重建配准,通过快速成型技术制作肿瘤模型和修复块,术中引导骨肿瘤截骨,术后对手术效果进行评价。结果 8例患者平均随访36个月,均无局部复发,无假体周围感染、松动及断裂事件发生。结论 3D打印技术应用于下颌骨肿瘤可以明确肿瘤位置,并且减少了手术的操作时间,可以达到更佳的手术效果。     

3D打印技术在股骨远端骨肿瘤的应用

目的：探讨个体化数字导板在股骨远端骨肿瘤的应用。方法：23例股骨远端患者,术前行64排螺旋cT扫描和MR13．0T扫描,进行三维重建和股骨模型上模拟手术并设计复位导板,通过快速成型技术制作实体导板,术中引导骨肿瘤截骨。术后对手术效果进行评价。结果：平均随访48个月,无局部复发,无假体周围感染、松动及断裂事件发生。术后6个月以上进行功能评分,优16例,良5例,中2例,Enneking得分平均21分。结论：个体化数字导板应用于股骨远端骨肿瘤,可以明确骨折的复位位置,有利于骨折的精确复位,并且减少了手术的操作时间,达到更佳手术效果。     

螺旋CT三维重建解体膝关节保留胫骨在平台骨折中的应用

目的 探讨螺旋CT三维重建解体膝关节保留胫骨在平台骨折中的应用价值。方法 收集25例胫骨平台骨折患者,应用螺旋CT扫描膝关节获得原始轴位图像,在工作站通过关节解体技术去掉股骨、髌骨,然后在对胫骨平台采用表面遮盖法（SSD）和容积漫游技术（VRT）三维重建。结果 螺旋CT解体膝关节保留胫骨三维重建图像能直观显示平台骨折的全貌及平台劈裂和塌陷程度。结论 螺旋CT解体膝关节保留胫骨后SSD和VRT三维重建对外科手术前充分了解胫骨平台骨折的情况和合理制定手术方案有重要的指导意义。     

仿真膝关节模型的制作与应用

本文回顾了快速成形技术在医学的临床应用情况。描述了快速成形技术在胫骨外踝骨折的一般步骤和临床应用情况。以螺旋CT得到整个膝关节的CT影像图，扫描层间距为1．0mm。以DICOM文件的数据点信息为数据源，通过相关软件读取DICOM数据文件，获得膝关节的二维CT影像，通过平面图形软件编辑和处理得到膝关节胫骨骨折的边界，将边界曲线输入CAD系统建立三维模型再生成STL文件；采用ZSW—I—A型激光快速成型机将STL文件加工成胫骨外踝骨折的纸基模型。将该纸基模型用于临床取得了较为理想的效果。